CN116614907A - 一种柔性电加热膜及电极和电极制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于柔性电加热膜的电极，包括导电膜、电极层、封装层以及衬底层，其中，电极层由液态金属制成。本发明的适用于柔性电加热膜的电极，采用液态金属制成的电极层，解决现有技术中柔性电加热膜利用铜箔等硬质金属作为电极容易疲劳折断的问题，增强了柔性电加热膜的耐弯折能力，提高了柔性电加热膜的工作可靠性。封装层的边缘与衬底层边缘外的导电膜相连，保证了封装密封性，同时，本发明还利用衬底层的镂空部连接导电膜与封装层，进一步提高了导电膜与封装层的连接结构强度，提高了封装可靠性。与此同时，本发明还提供一种上述适用于柔性电加热膜的电极的制备方法，同时本发明还提供一种柔性电加热膜。
Description
技术领域
本发明涉及电热膜及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种柔性电加热膜及电极和电极制备方法。
背景技术
电加热膜分为高温、低温电加热膜。高温电加热膜一般用于电子电器、军事等；低温电加热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成。工作时以电加热膜为发热体，将热量以辐射的形式送入空间，使人体和物体首先得到温暖，其综合效果优于传统的对流供暖方式。
柔性电加热膜柔具有韧性好、使用方便、耐弯折的优点，应用越来越广泛。现有技术中，柔性电加热膜多采用铜箔粘贴在膜片上的结构形式，但是在电加热膜反复弯曲时，尤其是较大角度的反复弯曲时，经常会出现铜箔疲劳断裂的现象，导致电加热膜失效的问题。
因此，如何改变现有技术中，柔性电加热膜易出现铜箔疲劳断裂导致电加热膜失效的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性电加热膜及电极和电极制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高柔性电加热膜的工作可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种适用于柔性电加热膜的电极，包括：
导电膜，所述导电膜由柔性、导电材质制成；
电极层，所述电极层由液态金属制成；
封装层，所述封装层由柔性材质制成；
衬底层，所述导电膜与所述衬底层相连，所述电极层填充于所述导电膜与所述封装层围成的空间内并浸润所述衬底层，所述衬底层位于所述导电膜与所述电极层之间，所述封装层的边缘与所述导电膜相连，所述衬底层具有镂空部，所述封装层还利用所述镂空部与所述导电膜相连。
优选地，所述衬底层包括多个依次相连的框架结构，所述框架结构的空心部形成所述镂空部；
或，所述框架结构呈阵列状排布。
优选地，所述框架结构为多边形、半圆形或圆形；
相邻的所述框架结构利用连接杆相连。
优选地，所述镂空部采用激光加工方式制成；
或，所述衬底层采用以下方式制成：
丝网印刷、3D打印、磁控溅射法。
优选地，所述衬底层由以下材质的一种或几种制成：
铜浆、银浆、银胶。
优选地，所述电极层由镓铟锡合金或镓铟合金制成。
优选地，所述导电膜由以下材质的一种或几种制成：
碳纳米材料、金属纳米材料、导电高聚物。
优选地，所述电极层连接有引线，所述引线由导电材质制成，所述引线的一端伸入所述导电膜与所述封装层之间并与所述电极层接触。
优选地，所述封装层由硅橡胶制成，所述封装层采用涂覆方式制成。
本发明还提供一种上述适用于柔性电加热膜的电极的制备方法，包括如下步骤：
将所述衬底层设置于所述导电膜上；
将液态金属滴于所述衬底层上，并使所述液态金属浸润所述衬底层；
将所述封装层覆盖于所述衬底层与所述液态金属上方，并使所述封装层与所述导电膜连接，所述液体金属填充于所述导电膜与所述封装层围成的空间内形成所述电极层。
本发明还提供一种柔性电加热膜，包含上述的适用于柔性电加热膜的电极。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的适用于柔性电加热膜的电极，采用液态金属制成的电极层，解决现有技术中柔性电加热膜利用铜箔等硬质金属作为电极容易疲劳折断的问题，增强了柔性电加热膜的耐弯折能力，提高了柔性电加热膜的工作可靠性，电极层可浸润出与衬底层相同的图案，从而得到设计图案的电极层。封装层的边缘与衬底层边缘外的导电膜相连，保证了封装密封性，同时，本发明还利用衬底层的镂空部连接导电膜与封装层，增强导电膜与封装层的界面强度，避免连续的电极层造成的封装层分离失效问题，进一步提高了导电膜与封装层的连接结构强度，提高了封装可靠性。还需要说明的是，本发明设置衬底层，利用液态金属浸润衬底层，从而形成柔性电加热膜的电极，保证了柔性电加热膜电极的正常工作，同时为封装操作提供了便利。
与此同时，本发明还提供一种上述适用于柔性电加热膜的电极的制备方法，同时本发明还提供一种柔性电加热膜，包含上述适用于柔性电加热膜的电极，提高柔性电加热膜的工作可靠性，延长柔性电加热膜的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的适用于柔性电加热膜的电极的结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的适用于柔性电加热膜的电极的部分结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的适用于柔性电加热膜的电极的制备方法的示意图一；
图4为本发明实施例所公开的适用于柔性电加热膜的电极的制备方法的示意图二；
图5为本发明的实施例一中的适用于柔性电加热膜的电极的衬底层的结构示意图；
图6为本发明的实施例一中的柔性电加热膜的在不同弯折条件下的电阻变化曲线图；
图7为本发明的实施例二中的适用于柔性电加热膜的电极的衬底层的结构示意图；
图8为本发明的实施例二中的柔性电加热膜的在不同弯折条件下的电阻变化曲线图；
图9为本发明的实施例三中的适用于柔性电加热膜的电极的衬底层的结构示意图；
图10为本发明的实施例三中的柔性电加热膜的在不同弯折条件下的电阻变化曲线图；
图11为本发明的实施例中所公开的适用于柔性电加热膜的电极的衬底层的结构示意图。
其中，1为导电膜，2为电极层，3为封装层，4为衬底层，401为框架结构，402为连接杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种柔性电加热膜及电极和电极制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高柔性电加热膜的工作可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种适用于柔性电加热膜的电极包括导电膜1、电极层2、封装层3以及衬底层4，其中，导电膜1由柔性、导电材质制成；电极层2由液态金属制成；封装层3由柔性材质制成；导电膜1与衬底层4相连，电极层2填充于导电膜1与封装层3围成的空间内并浸润衬底层4，衬底层4位于导电膜1与电极层2之间，封装层3的边缘与导电膜1相连，衬底层4具有镂空部，封装层3还利用镂空部与导电膜1相连。
本发明的适用于柔性电加热膜的电极，采用液态金属制成的电极层2，解决现有技术中柔性电加热膜利用铜箔等硬质金属作为电极容易疲劳折断的问题，增强了柔性电加热膜的耐弯折能力，提高了柔性电加热膜的工作可靠性。封装层3的边缘与衬底层4边缘外的导电膜1相连，保证了封装密封性，同时，本发明还利用衬底层4的镂空部连接导电膜1与封装层3，进一步提高了导电膜1与封装层3的连接结构强度，提高了封装可靠性。还需要说明的是，本发明设置衬底层4，利用液态金属浸润衬底层4，从而形成柔性电加热膜的电极，保证了柔性电加热膜电极的正常工作，同时为封装操作提供了便利。
在本具体实施方式中，衬底层4包括多个依次相连的框架结构401，框架结构401的主体为液态金属提供了浸润界面，框架结构401的空心部形成镂空部，进一步保证了导电膜1与封装层3连接可靠性。
在实际应用中，框架结构401为多边形、半圆形或圆形，多边形可选择矩形、菱形或梯形等，可根据具体工况灵活选择，框架结构401可成排或成列排布，框架结构401还可采用阵列排布方式，如图11所示。
在本发明的其他具体实施方式中，相邻的框架结构401可利用连接杆402相连，进一步提高衬底层4的灵活适应性，同时降低加工难度。
具体地，衬底层4的镂空部可采用激光加工方式制成，采用激光加工，加工效率高，加工适应性强。还需要说明的是，在本发明的其他具体实施方式中，衬底层4可以根据实际需要选择合适的加工方式，例如丝网印刷、3D打印、磁控溅射法等。
还需要说明的是，衬底层4由以下材质的一种或几种制成：铜浆、银浆、银胶。可采用将铜浆、银浆、银胶涂覆在导电膜1上的方式，涂覆后，再对其进行加工得到衬底层4。
更具体地，电极层2由镓铟锡合金或镓铟合金制成，保证电极层2的正常工作，并使得柔性电加热膜具有更强的柔韧性。
与此同时，导电膜1由以下材质的一种或几种制成：碳纳米材料、金属纳米材料、导电高聚物，可根据电加热膜的具体工况选择合适的材质制成导电膜1，以满足不同的生产需求。
另外，电极层2连接有引线，引线由导电材质制成，引线的一端伸入导电膜1与封装层3之间并与电极层2接触，方便电极与电源连接，引线可选用镀银铜线或其它材质的引线。
除此之外，还需要说明的是，封装层3可由硅橡胶制成，封装层3可采用涂覆方式制成，涂覆方式具体可选择刮涂或喷涂的方式。
进一步地，本发明还提供一种上述的适用于柔性电加热膜的电极的制备方法，包括如下步骤：
将衬底层4设置于导电膜1上，并使二者连接；
将液态金属滴于衬底层4上，并使液态金属浸润衬底层4；
将封装层3覆盖于衬底层4与液态金属上方，并使封装层3与导电膜1连接，完成电极的封装，液体金属填充于导电膜1与封装层3围成的空间内形成电极层2，在保证封装层3与导电膜1连接结构强度的同时，增强电极的柔韧性。
更进一步地，本发明还提供一种柔性电加热膜，包含上述的适用于柔性电加热膜的电极，提高柔性电加热膜的工作可靠性，延长柔性电加热膜的使用寿命。
下面通过具体的实施例，对本发明的适用于柔性电加热膜的电极以及制备方法，进行进一步的解释说明。
实施例一
选用60mm*60mm*1mm的方玻璃片作为基板，随后在基板上完整贴覆一层连续PI薄膜(聚酰亚胺薄膜)；
将1g硅橡胶、0.13g碳纳米管和50g二甲苯混合，经磁力搅拌30min，超声分散30min后，得到导电材料分散液；
用喷枪将上述导电材料分散液喷在玻璃片基板上，随后将其在350℃温度的热台上加热2h，与基板分离后，得到导电膜1，导电膜1作为电加热主体；
利用刮板将导电铜浆(呈膏状)刮涂于上述导电膜1的两侧(形成两条长40mm、宽4mm的铜浆带)，详见图3，随后用激光雕刻机将其雕刻成中间带有镂空的特定形状得到衬底层4，如图5所示，在两侧的铜浆表面，分别滴一滴5g的液态金属镓铟锡合金液滴，随后将该样件(导电膜1、衬底层4以及液态金属)竖起，液态金属将自然浸润成与衬底层4结构相一致的特性形状，将两根镀银铜线分别放置在两侧液态金属的端点处，保证铜线与液态金属充分接触；
将5g硅橡胶与2g二甲苯混合，充分搅拌得到稀释后的硅橡胶，将其刮涂于液态金属上方，随后将上述样件在200℃下加热3h使其固化形成封装层3，由此得到具有液态金属电极层2的柔性电加热膜。
测试结果显示，本实施例的柔性电加热膜在弯折角度为30°、150°的条件下弯折1000次，其电阻值的变化均小于3％，且弯折后能够保持其电生热性能基本不变，本实施例的柔性电加热膜在30°、150°的弯折条件下，电阻变化曲线如图6所示。
实施例二
选用60mm*60mm*1mm的方玻璃片作为基板，随后在基板上完整贴覆一层连续PI薄膜(聚酰亚胺薄膜)；
将1g硅橡胶、0.19g碳纳米管和50g二甲苯混合，经磁力搅拌50min，超声分散1h后，得到导电材料分散液；
用刮板将上述导电材料分散液均匀刮涂于上述基板表面，随后将其在350℃温度的热台上加热2h，得到作为电加热主体的导电膜1；
利用刮板将导电铜浆(呈膏状)刮涂于上述电加热主体的两侧(形成两条长40mm、宽4mm的铜浆带)，随后用激光雕刻机将铜浆带雕刻成中间带有镂空的特定形状得到衬底层4，如图7所示，在两侧铜浆表面分别滴一滴6g的液态金属镓铟锡合金液滴，随后将该样件(导电膜1、衬底层4以及液态金属)竖起，液态金属将自然浸润成与衬底层4结构相一致的特性形状；
将6g硅橡胶与2.5g二甲苯混合，充分搅拌得到稀释后的硅橡胶，将其刮涂于液态金属上方，随后将样件在室温下放置约12h，待表层的硅橡胶固化后，得到封装层3，将两根镀银铜线插入两侧液态金属端点中，再用硅胶粘结剂封住，避免泄漏，由此得到具有液态金属电极层2的柔性电加热膜。
测试结果显示，本实施例的柔性电加热膜在弯折角度为60°、120°的条件下弯折1000次，其电阻值的变化均小于3％，且弯折后电加热膜的电生热性能基本不变，电阻变化情况详见图8。
实施例三
选用60mm*60mm*1mm的方玻璃片作为基板，随后在基板上完整贴覆一层连续PI薄膜(聚酰亚胺薄膜)；
将1.2g硅橡胶、0.14g碳纳米管和50g二甲苯混合，经磁力搅拌35min，超声分散30min后，得到导电材料分散液；
用喷枪将上述导电材料分散液喷在玻璃片基板上，随后将其在300℃温度的热台上加热2h，得到导电膜1作为电加热主体；
利用喷枪将铜浆喷涂于上述电加热主体两侧(形成两条长37mm、宽4mm的铜浆带)，常温下一定时间至铜浆表面基本干燥，随后立即用激光雕刻机将其雕刻成中间带有镂空的特定形状，如图9所示，在两侧铜浆表面分别滴一滴6g的液态金属镓铟锡合金液滴，随后将该样件竖起，液态金属将自然浸润成与衬底层4结构相一致的特性形状；
将5g硅橡胶与2g二甲苯混合，充分搅拌得到稀释后的硅橡胶，将其刮涂于液态金属上方，随后将上述样件在250℃下加热2h使其固化，得到封装层3，将两根镀银铜线插入两侧液态金属端点中，再用硅胶粘结剂封住，由此得到具有液态金属电极层2的柔性电加热膜。
测试结果显示，本实施例的柔性电加热膜在弯折角度为50°、100°的条件下弯折1000次，其电阻值的变化均小于3％，且弯折后电加热膜的电生热性能基本不变，电阻变化情况详见图10。
本发明的适用于柔性电加热膜的电极，电极层2利用液态金属浸润在衬底层4上，衬底层4位于导电膜1上方，形成电极，在封装层3轮廓边缘与导电膜1连接的同时，封装层3还利用衬底层4的镂空部与导电膜1连接，进一步保证封装结构强度，解决现有技术中利用铜箔等硬质金属作为电极易断裂的问题，延长柔性电加热膜的使用寿命。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于，包括：
导电膜，所述导电膜由柔性、导电材质制成；
电极层，所述电极层由液态金属制成；
封装层，所述封装层由柔性材质制成；
衬底层，所述导电膜与所述衬底层相连，所述电极层填充于所述导电膜与所述封装层围成的空间内并浸润所述衬底层，所述衬底层位于所述导电膜与所述电极层之间，所述封装层的边缘与所述导电膜相连，所述衬底层具有镂空部，所述封装层还利用所述镂空部与所述导电膜相连。
2.根据权利要求1所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于：所述衬底层包括多个依次相连的框架结构，所述框架结构的空心部形成所述镂空部；
或，所述框架结构呈阵列状排布。
3.根据权利要求2所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于：所述框架结构为多边形、半圆形或圆形；
相邻的所述框架结构利用连接杆相连。
4.根据权利要求2所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于：所述镂空部采用激光加工方式制成；
或，所述衬底层采用以下方式制成：
丝网印刷、3D打印、磁控溅射法。
5.根据权利要求1-4任一项所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于，所述衬底层由以下材质的一种或几种制成：
铜浆、银浆、银胶。
6.根据权利要求1-4任一项所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于：所述电极层由镓铟锡合金或镓铟合金制成。
7.根据权利要求1-4任一项所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于，所述导电膜由以下材质的一种或几种制成：
碳纳米材料、金属纳米材料、导电高聚物。
8.根据权利要求1-4任一项所述的适用于柔性电加热膜的电极，其特征在于：所述电极层连接有引线，所述引线由导电材质制成，所述引线的一端伸入所述导电膜与所述封装层之间并与所述电极层接触。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的适用于柔性电加热膜的电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述衬底层设置于所述导电膜上；
将液态金属滴于所述衬底层上，并使所述液态金属浸润所述衬底层；
将所述封装层覆盖于所述衬底层与所述液态金属上方，并使所述封装层与所述导电膜连接，所述液体金属填充于所述导电膜与所述封装层围成的空间内形成所述电极层。
10.一种柔性电加热膜，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的适用于柔性电加热膜的电极。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310629234.1A CN116614907A (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 一种柔性电加热膜及电极和电极制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN116614907A true CN116614907A (zh) | 2023-08-18 |
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- 2023-05-31 CN CN202310629234.1A patent/CN116614907A/zh active Pending
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